Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

SINTESA DAN KARAKTERISASI MONOMERTETRABIDROPTALIMIDA DAN BISTETRAHmROPTALIMIDA 1

Subagijo K.I.D2, Sugik S.2, Tumpal p2, Sudirman2, J. Gintini

ABSTRAKSINTESA DAN KARAKTERISASI MONOMER TETRAHIDROPTALIMIDA DAN

BISTETRAHIDROPT ALIMIDA. Penelitian ini bertujuan untuk membuat monomer Tetrahodroptalimida dan Bistetrahidroptalimidasebagai bahan utama untuk pembuatan komposit polimer tahan suhu tinggi poliimida. Sintesa dilakukan dengan menggunakan bahandasar cis 1,2.3,6 Tetrahidroptalik anhidrid sebagai bakal gugus ujung untuk berpolimerisasi silang, p-Toluidin atau Metilendi.milinsebagai kerangka monomer. Sintesa dilakukan dengan reaksi pembentukan imida dari gugus amin dan anhidrida karbonat. Dalampenelitian ini berhasil disintesa monomer Tetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalimida dibuktikan dengan karakterisasi monomermenggunakan NMR 1 H dan FTIR. Kemumian basil diperkirakan dengan menganalisa basil HPLC. Dan titik polimerisasinya di tentukan

dengan menggunakan analisa tennal.

ABSTRACTSYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF TETRAHYDROPHTHALIMIDE AND

BISTETRAHYDROPHTHALIMIDE MONOMERS. The purpose of this research is to prepare Tetrahydrophthalimidc: andBistetrahydrophthalimide monomers as base materials to synthesis high temperature composite polymer polyimide. The preparationusing cis 1,2.3.6 Tetrahydrophthalicanhydrid as an end group for polymerization reaction, p-Toluidine and Methylenedianylin asmonomer's &ame. Preparation carried out with imide synthesis reaction &om amine group and anhydride carboxylic group. 111 thisresearch prepared Tetrahydrophthalimide and Bistetrahydrophthalimide monomers analized with NMRIH and FTIR. Purity of thesample supposed with HPLC analysis. And polymerization point determined with thermal analysis.

Sintesa monomer Tetrahidroptalitnidadan Bistetrahidroptalitnida dilakukan denganreaksi pembentukan itnida dari gugus atninadan anhidrida karbonat sarna dengan me:todapembuatan prepolimer PMR 152,3.Menggunakan bahan dasar cis 1,~?,3.6Tetrahidropta/ik anhidrida sebagai glllguSujung un~ berpolimerisasi silang, p-To/zlidinatau Meti/endiani/in sebagai keraJlgkamonomer yang mempengaruhi sifat termal daripolimer yang dihasilkanl. Polimer ;f'angdihasilkan akan mempunyai gugus ujung ptaliksebagai gugus polimerisasi silang. Variasikerangka monomer bertujuan untukmengetahui karakter, terutama sifat termal darimasing-masing polimer yang dihasilkan.

PENDAHULUANPerkembangan ilmu bahan dan

penerapannya menuntut pembuatan material-material barn yang memiliki sifat-sifat unggul.Seperti pada bahan polimer, selain keunggulan-keunggulan polimer yang umum seperti ringan,mudah dibentuk, elastis dan murah, polimerdituntut untuk memiliki juga kelebihan-kelebihan lain seperti kuat, tahan suhu tinggi,tahan oksidasi, dapat menghantar listrik dll.

Monomer yang disintesa dalampenelitian ini akan digunakan sebagai bahandasar untuk pembuatan komposit bermatrikspolimer poliimida dan dikompositkan denganantara lain serat karbon atau serat gelas sebagaibahan penguat. Polimer Poliimida sendirimempunyai sifat -sifat unggul seperti tahanterhadap pemanasan suhu tinggi, api, bahankimia dan radiasi 1. Gugus imida dan aromatikyang mempunyai titik oksidasi termal tinggidan titik leleh kristal yang tinggi menghasilkansifat termal yang sangat baik dari polimerPoliimida. Dengan memiliki keunggulan-keunggulan di atas diharapkan komposit yangdihasilkan dapat memberikan alternatif barubahan-bahan dasar untuk industri sepertiindustri otomotif, peralatan olah raga,komponen kereta api, pesawat terbang, pesawatluar angkasa dll.

TATA KERJABAHAN

Bahan utama dari monomer :yangdisintesa pada penelitian ini adalah cis 1.2,3.6Tetrahidropta/ik anhidrid sebagai gugus ujungdimana polimerisasi silang akan berlangsrung,p-To/uidin dan Meti/endiani/in sebagaikerangka monomer (Gambar 1).

SINTESASintesa dari monomer dilakukan

berurutan seperti terlihat pada diagram alirpada gambar 2. Pada penelitian ini disiJlltesa

I Dipresentasikan pada Seminar Ilmiah PPSM 19962 Pusat Penelitian Sains Materi

329

Karakterisasi dilakukan dengan menggunakanNuclear Magnetic Resonance Spektrometerbuatan JEOL tipe JNM-PMX 60. Sampeldilarutkan dalam CDCl3 menggllnakan standarinternal TMS. Karakterisasi dilakukan dilaboratorium Jurusan Kimia FMIPA-UI.

dua macam monomer

Tetrahidroptalimida dan

mida.

yaitu monomerBistetrahidroptali-

Sintesa TetrahidroptaiimidaPertama dibuat larutan Tetrahi-

droptaIik dengan menambahkan 0,03 molTetrahidroptaIik anhidrid ke dalam 56 mlDMF. Kedalam larutan tersebut ditambahkandengan perlahan-lahan larutan p- Toluidin yangsebelumnya telah dibuat daTi 0,03 mol p-Toluidin ditambah 19 ml DMF. Selanjutnya kedalam larutan tersebut ditambahkan 90 mlAseton, 9 ml Asetat anhidrid dan 0,8 grNatrium Asetat. Agar reaksi berlangsungdengan baik, larutan diaduk pada suhu 60°Cselarna 4 jam. Setelah pengadukan selesaikedalam larutan ditambahkan H2O sebanyak750 ml supaya monomer mengendap. Terakhirendapan disaring dan dicuci dengan NatriumKarbonat dan H2O hingga pH netral.

High Performance Liquid ChromatographyKarakterisasi dilakukan untuk meng-

analisa kemurnian basil reaksi dengan meng-gunakan alat High Performance LiquidChromatography buatan simadzu tipe LC-9Adan detektor Ultra Violet SPD-6A denganmenggunakan kolom jenis Li-Chrospher 100-RP 18. Dilakukan dengan menggunakan pela-rut carnpuran metanol dan air dc~ngan perban-dingan metanol : air = 60:40, kecepatan aliran

2,0 mI/menit dan konsentrasi :t 100 ppm.Panjang gelombang UV ditetapkan pada 220om yang memberikan spektrum serapan yangtinggi dari monomer. Karakterisasi dilakukandi laboratorium Proses Radiasi PAIR-BAT AN.

Sintesa BistetrahidroptalimidaCara pembuatan Bistetrahidrop-

taIimida sarna dengan pembuatan Tetrahidrop-taIimida hanya p- Toluidin diganti denganMetilendianilin. Jumlah mol Metilendianilinyang direaksikan 0,03 mol dan Tetrahidroptalik0,06 mol agar seluruh gugus Amina dariMetilendianilin tereaksi semua.

Simultaneous Thermal AnalyzerKarakterisasi dilakukan untuk meng-

analisa titik leleh dan titik polimerisasi darimonomer basil. Karakterisasi TG-DT A dilaku-kan dengan menggunakan SimultaneousThermo Analyzer buatan Setaram tipe TAG 24dengan pemanasan linier sebesmo 25°C/menit:Karakterisasi dilakukan di laboratorium BalaiTekno Kimia PPSM-BATAN.KARAKTERISASI

Sampel dikarakterisasi dengan instru-men sebagai berikut :

Fourier Transform Infra Red SpektrometerKarakterisasi dilakukan untuk meng-

analisa basil reaksi dengan melihat gugus-gugus fungsional dari monomer yang ter-bentuk. Karakterisasi dilakukan dengan Spek-trometer Fourier Transform Infra Red buatanSimadzu tipe dengan resolusi alat 2 cm-1.Spektrum diambil dari sampel dengan cam-puran KEr dan dilakukan pengukuran padapanjang gelombang antara 400 sampai 4000cm-l. Karakterisasi dilakukan di laboratoriumProses Radiasi PAIR-BAT AN.

BASIL DAN PEMBAHASANTETRAHmROPTALIMmA

Reaksi yang terjadi paml saat sintesaterlihat pOOR gambar 3. Sintesa menghasi1kanbahan berbentuk butiran halus belrwarna putih,tidak larut di air sebanyak 5,112 gr sebagaisampel.

Gambar 4 menunjukkan spektrum IRdari sampel Tetrahidroptalirnida. Terlihatpuncak-puncak yang bersesuaian clengan gugus-gugus dari Tetrahidroptalirnida. Seperti gugus-gugus penting v C-N-C p2lda panjanggelombang 1396,4 cm-1 dan 1201,6 cm"l, 8O=C-N pada 756,0 cm"l, 8 C=C: pada 821,6cm"l, 8 =C-H pada 684,7 cm-l. Gambar 5menunjukkan spektrom NMR1H dari sampel.Memperlihatkan enam puncak yangbersesuaian dengan enam rnacanl letak atomhidrogen dari Tetrahidroptalirnida. Disekitar2,5 ppm terdapat puncak-prmcak yang

Nuclear Magnetic Resonance SpektrometerKarakterisasi dilakukan untuk meng-

analisa basil reaksi yang terbentuk denganmelibat struktur dan formasi dari atomHidrogen di dalam monomer yang terbentuk.

330

tertumpuk dan mempunyai kapasitas 7 atomHidrogen menunjukkan 3 atom Hidrogen dariCH3 pada gugus Toluidin dan 4 atom HidrogenCH2 pada atom C tanpa ikatan rangkap padagugus ptalik. Pada 3,30 ppm menunjukkan 2atom Hidrogen dari CH pada atom C tanpaikatan rangkap pada gugus ptalik. Pada 6,05ppm menunjukkan 2 atom hidrogen daari CHpada atom C dengan ikatan rangkap padagugus ptalik. Pada 7,15 ppm menunjukkan 4atom hidrogen aromatik Toluidin. Hasilkarakterisasi HPLC terlibat pada gambar 6menunjukkan bahwa sampel merupakansenyawa tunggal dan memiliki kemurniantinggi terlihat daTi munculnya satu puncak sajapada kromatogram daD tidak munculnyapuncak-puncak lain khususnya dari p- Toluidindan Tetrahidroptalik.

Dengan melibat kedua spektrum IRdan NMR dan didukung basil kromatogramHPLC dapat disimpulkan bahwa reaksi sintesaberjalan dengan baik daD menghasilkanTetrahidroptalimida dengan rendemen sebesar62,33%.

dari CH pada atom C tanpa ikatan ranl~ppada gugus ptalik. Pada 4,10 ppmmenunjukkan 2 atom hidrogen dari CH2 padaatom C tanpa ikatan rangkap pada gllguSMDA. Pada 6,05 ppm menunjukkan 4 atomhidrogen CH pada atom C dengan ikatanrangkap pada gugus ptalik. Pada 7,30 ppmmenunjukkan 8 atom hidrogen aromatik MDA.Hasil karakterisasi HPLC terlihat pada garllbar10 menunjukkan bahwa sampel merupllkansenyawa tunggal dan memiliki kemurlliantinggi terlihat dati munculnya satu puncak sajapada kromatogram dan tidak munculnyapuncak-puncak lain khususnya dariMetilendianilin dan Tetrahidroptalik.

Dengan melihat kedua SpektfUltll IRdan NMR daD didukung basil kromato~~amHPLC dapat disimpulkan bahwa reaksi sintesaberjalan dengan baik dan menghasilkanBistetrahidroptalimida dengan rendemensebesar 84,1%.

Gambar 11 menunjukkan Ji1asiltermogram dari sampel Bistetrahidroptalimida.Memberikan informasi tentang titik leleh dantitik polimerisasi masing masing pada i)uhu202°C daD 377°C. Hasil pemanasan berbentukpadat keras berwarna coklat hitam.

Gambar 7 menunjukkan basiltermogram dari sampel Tetrahidroptalimida.Memberikan informasi tentang titik leleh daDtitik polimerisasi masing masing pada suhu122°C dan 219°C. Basil pemanasan berbentukpadat keras berwarna coklat hitam.

KESIMPULANTelah berhasil dibuat monomer

Tetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalimidadibuktikan dengan analisa karaktelistikmonomer menggunakan spektroskopi inframerah dan NMR1H. Monomer yang dihasilkanmemiliki kemurnian tinggi dapat disimpulkandari basil karakterisasi HPLC. Darikarakterisasi termal TG-DTA dapat diketahuititik polimerisasi dari monomerTetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalilnidamasing-masing 219°C dan 377°C.

BISTETRAHmROPTALIMmAReaksi yang terjadi pada saat sintesa

terlihat pada gambar 3. Sintesa menghasilkanbahan berbentuk butiran halus berwarna putih,tidak larut di dalam air.

Gambar 8 menunjukkan spektrum IRdari sampel Bistetrahidroptalimida (1:2).Terlihat puncak-puncak yang bersesuaiandengan gugus-gugus daTi Bistetrahidrop-talimida. Seperti gugus-gugus penting v C-N-C pada panjang gelombang 1220,9 cm-1 dan1124,4 cm-l, 8 O=C-N pada 767,6 cm-l, 8 C=Cpada 817,8 cm-l, 8 =C-H pada 624,9 cm-l.Gambar 9 menunjukkan spektrum NMR I H dari

sampel. Memperlihatkan enam puncak yangbersesuaian dengan enam macam letak atomhidrogen dari Tetrahidroptalimida. Disekitar2,5 ppm terdapat puncak-puncak yangmempunyai kapasitas 8 atom Hidrogenmenunjukkan 8 atom Hidrogen dari CH2 padaatom C berikatan tunggal pada gugus ptalik.Pada 3,30 ppm menunjukkan 4 atom Hidrogen

DAFTAR PUSTAKAI. J.GINTING, Proposal RUT IVPolimer

Komposit (1995), DRN2. M.F.GRENlER-LOUSTALOTandPH

GRENIER, High Perform. Polym., 3, 263

(1991).3. T. W.GRAHAM SOLOMONS,

Fundamentals of Organic Chemistry~ ~,~ (1987), p766. ~~

",cr'4. =~i~~~~~~lymer Sci. ~!t,;~M

331

Tanya:3. Mohon dijelaskan peru~ntuan titik

polimerisasi yang op1timal padatetrahidroptaIik dan bistetrahidroptaIik.Dalam aplikasinya pada pesawat terbang,bahan komposit polimida dig~ untukbagian apanya.

DISKUSITanya:I. Titik polimerisasi 219°C dan 3..oC; Untuk

polimerisasi digunakan metode apa danpemanas apa yang digunakan.

Anonim.

Anonim.Jawab :Titik polirnerisasi ditentukan dengankarakterisasi tennal ST A. Menggunakanrnetode pemanasan dan pernanas belurnditentukan

Jawab :Belurn bisa menjelaskan.Interior.

Subagijo K.I.D.Subagijo K.I.D

Tanya:2. Apakah sudah dipikirkan produk berupa

komposit polimer tahan suhu tinggipoliimida untuk bahan baku yang lain,misal untuk membran komposit ? Karenaditeknologi membran poliimida meruPakanbahan baku membran.

Aspiyanto

Jawab :Pada penelitian ini dipusatkan untukpembuatan bahan struktur perlu rigid tidakdapat digunakan untuk membran.

Subagijo K.I.D

332

)

~~--~ .~~~ J ~,-.~ ~

Spektrum Infra Merah clan sampel Bistetrahidroptalimida

333

~

Spektrum NMRIH dari Bistetrahidroptalimida

OMF. 6<1(.4 J"on .Acclon

"",,101 A..I.yd,"",N.OAc

0

C~QCHI0

TctlooJ..J."",.I""OJ.

DMF.6tfc.4j"n, -Ace'o'Ace.a' A:1h~aKloNaOAc

0

Ot° ..IIJI"-<O)cH.Q NHl

T,rohO1topI"!jc M(likndianilin e",.It3hKltop,:o!inlida

Reaksi yang terjadi pada proses sintesa

1.:lruhidroptnlimidu

-r,-.rTelrahidruplalikpo! ,.luiJillC

Diagrwn HPLC daTi Tetrallidroptalimida

334

Tennograrn dari Tetrahidroptalimida

~1"lil"IIJi.lllilil\ TO:lr:lllidrupl:llik Bistetmhidroptmimida

0-

:; ;Q~

"..."0-

f4

, ; ,- ;, "D,, ,.,..: oD : ,n : I ., .,., .1'", --, 0 ", ,, -.'0"""'-' 1",, 1"1" ,.,.O(!)-, ..:..:. :'~'n ~.~ ; I (!) .~\ ;"':~"'D'D ;.-J\:-.-;.-: :- : ::0 :-. ~ '-...

Diagraln HPLC dari Bistetrallidroptalili.ida,.'".- ~ --~--~. ,--. ~-'-'_.t«;;~-.;r;"-;;;1

.0 ~ £a. I'0 0 ,.O=>--(Q)-CIh<O}o{:() ,

-:0 0 0 ,-,/-20 Bisleuohidropulinlido ;' " ! 5..

,30 /

-00 /' (8) .." .

-so ,-- '. ,

(A) , --o.~. ---=.--=:.:."-7. /- ."'-lOlC,',

: ...-10 ;

-M .I-'00 .!

.T£HP£RAT- ICJ .I-". SO :00 'SO ZOO O~ 'SO SO.,.. --ioO ::-. I

TennOb'Tam dari Bistetrahidroptalimida

335

TennOb'fam dari Bistetrahidroptalimida

cis J,1.J,6.Tl!lr"h)'drophlh"Ji." ""h)"drill'(Tclrahidroptalik I THP)

~-oCHIp.Toluidine(p-Toluidill)

"."'.Diul/lillodiphellyllllethulle I Mtthyle"eJiullilillt(Mclilcndianilin I MDA)

Gambar struktur kimia bahal1 ul1tuk sil1tesa monomer

GOInb", d,opn olir prose' ","cso

336